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TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

《名企发布会动态》
2020-11-18 15:45 来源:电源网原创 编辑:咩咩

电源管理行业永远围绕着半导体的更高功率密度、更大功率、更耐高温以及更低电磁干扰等课题发展,业内越来越高的技术要求使得许多新型材料脱颖而出,而氮化镓就是新一代电子信息技术革命中的关键一环。

作为行业龙头企业,德州仪器(TI)近日推出了面向汽车和工业应用的下一代650V和600V氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)。同时,TI也召开了媒体交流会,分享该款新产品更详细的优势以及TI对于未来发展的创新方向。

据了解,在电源管理领域,TI将致力于在功率密度、低EMI、低静态电流、低噪声高精确度和隔离这五个最具有挑战的前沿领域提供解决方案。德州仪器高压电源应用产品业务部氮化镓功率器件产品线经理Steve Tom先生在会议中表示:“TI GaN所关注的是如何提供并在应用中达到更高的功率密度。传统解决方案中,我们通常要在低成本、高可靠性、小体积以及优秀系统性方面有所取舍。得益于GaN的优质特性,TI GaN可以同时满足所有这些优秀的表现。TI对GaN采取的硅基氮化镓,我们将驱动集成在了硅基层上,这使得我们可以提供更可靠、更具成本优势、更加实用的GaN解决方案。”

了解TI的朋友会知道,TI从十年前就开始研发GaN。这十年期间,TI针对GaN始终保持着创新的态度,不仅与西门子推出了首个10千瓦连接云电网的转换器,同时也在氮化镓上完成了超过4000万小时的可靠性测试。

TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

基于这些长期的努力和付出,TI首个汽车等级的GaN诞生了。TI GaN集成的优势使得其产品功率密度加倍,PFC中效率最高。TI也同样重视封装技术,Steve表示:“对比其他水平接近的友商来说,我们提供的技术能够减少23%的热阻抗。另外,集成驱动让我们可以控制可靠性、成本、以及产品的质量。”

650-V汽车GaN FET——LMG3525R030-Q1

TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

LMG3525R030-Q1是一款650-V汽车GaN FET,具有集成驱动器和保护功能,虽然它的尺寸更小,但它可以减少充电时间并延长行驶距离。与现有的硅基或碳化硅解决方案相比,该产品可将电动汽车(EV)车载充电器的尺寸减少50%,这得益于高达2.2-MHz的切换频率和集成驱动所发挥的优势。针对集成驱动的优势,Steve特意强调了离散的解决方案无法达到TI如此高速的切换频率以及如此大的压摆率。

TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

上图是LMG3525R030-Q1 650V车用GaN FET的评估板。该评估板具有两块LMG3525 30mΩ GaN FET并在半桥中配置了所有必需的偏置电路和逻辑/功率电平转换功能。德州仪器高压电源应用产品业务部应用工程师张奕驰先生指出,这块评估板可以转换高达5000瓦的功率。同时,他还表示:“我个人也针对这款评估板进行了一些测量,这款评估板可以从顶部进行冷却,在这张图里可以看到,我们使用了一个散热板,同样也可以使用其他冷却液来冷却顶部的集成电路。如果通过散热板,可以取得高达5000瓦,通过冷却液可以高达到6000-7000瓦的功率等级,再加上这块评估板上有很多可以测量的点,方便测量压摆率和实现非常高的开关频率。这款的设计配置为具有插座式外部连接,可轻松与外部功率级连接。”

另外,作为一款面向未来的产品,TI预测LMG3525R030-Q1可以为汽车带来更快的充电时间,更高的可靠性以及更低的成本。

600-V工业级GaN FET——LMG3425R030

不仅仅在汽车领域,在工业方面TI GaN FET也有所突破。在传统的应用中,用户通常要在高效率、功率密度以及低成本中有所取舍。直到LMG3425R030出现,其加倍的功率密度、更少的器件需求以及高达99%的效率,完美治愈了这一“选择困难症”。同时该款产品在成本方面极具竞争力,应用范围也相当广泛。从下图可以看出,充电桩应用可以使用该款工业级产品。另外,5G、电信、服务器以及电源的AC/DC转换,都是其目标应用。

TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

Steve指出,该款产品的集成化设计可以进行热监测,在过温的时候进行保护,同样在集成驱动中也可以监测电流。在过流或者短路的时候,TI GaN FET可以启动自我保护。

同样,LMG3425R030推出了具有两个带集成驱动器和保护功能的600V、 30mΩ GaN FET的评估板。据悉,这款产品是从底部进行冷却,可获取高达4000瓦的效率,同样配置了有插座式外部连接,可轻松与外部功率级连接,可以非常方便的设计在现有的产品中。

会议中,TI还提出了一个集成的全新功能——智能死区自适应。张奕驰先生表示:“这款功能类似于可以通过负载电流的不同调节死区时间的大小。我们知道在PFC中有一个会是同步开关,一个是主动开关,在同步开关打开之前的那一段死区时间是根据负载电流的大小来提供的,负载电流越大,所需要的死区时间就越短。我们的智能死区自适应就可以通过负载电流来调节死区的时间,从而使得效率可以最大化。”

TI未来的创新动力

TI首款汽车GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

从上图我们可以看出,TI未来对于汽车设计将具有非常全面的战略性投资。此外,Steve还表示,TI具有非常广泛包括宽输入电压AC/DC转换器、以及电池管理等一系列应用,都具有对应的解决方案。同样,TI在工业设计方面也有很多案例,包括图腾柱PFC,电机驱动,以及一些LOC应用。

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